数字式电容测量仪的设计与制作报告模板

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1、报告评分批改老师通信与电子学院《综合设计实训Ⅰ》数字式电容测量仪的设计与制作报告专业班级学生姓名指导教师提交日期数字式电容测量仪的设计与制作摘要:针对现有的电容测量仪器量程不高且精度有限问题，使用AT89C51单片机NE555单稳态电路及LED数码显示，通过程序设计，实现了一种直观经济的电容测试仪实验表明，该仪器提高了电容量程和测量精度，性能稳定可靠，可广泛应用于电容等电子元器件检测之中。关键词:电容测试仪;单片机;量程;精度1．引言电容容量是电学理论分析与电路设计中的重要参数。电容容量测量的主要方法有电桥平衡法、谐振

2、频率测量法或脉冲宽度测量法等等。交流电桥虽然测量准确，但存在笨重、操作繁琐、不能自动测量的缺陷。目前一般的数字万用表测量电容的最大值仅为20F，且测量精度有限，遇到要测量较大的电容时往往无能为力随着单片机性能的不断提高，将其应用于对电容的测量中具有方便直观经济的优点，并可以进行软件校准，减少测量误差(一般能够精确在0.5%左右)同时，通过对LED数码显示管或LCD液晶的合理使用还可使检测人员能够更直观地读取电容数值。2．设计要求与方案论证2.1设计要求1、基本部分(1)自制稳压电源、绿色发光管指示接通电源，正常工作。(

3、2)被测电容的容量在0.01μF至200μF范围内(3)能够根据测量电容的大小自动转换合适量程。(4)用4个数码管或液晶显示测量结果，测量误差小于10%。(5)当电容值超出上述范围时测量仪溢出报警，黄色发光管LED点亮。(6)当电容短路时测量仪发出声光报警，红色发光管LED点亮。2、发挥部分(1)被测电容的容量扩大到1000PF至1000μF范围内。(2)测量误差小于10%。2.2方案设计根据设计要求，系统可以分为测量电路、通道选择和控制电路三大部分,如图2-1所示。2-1系统硬件结构框图2.2.1测量电路方案方案一测

4、量电路的核心是由555定时器构成的多谐振荡器,将电容的大小转换成频率的大小，然后使用单片机计数后再运算求出电容值。该方案的电路及波如下图2-2所示。其中Cx是被测电容。图2-2555构成多谐振振荡器及输出波形方案二测量电路的核心是由555定时器构成的单稳态电路,将电容的大小转换成脉冲宽度，然后使用单片机测出脉冲宽度再运算求出电容值。该方案的电路及波如下图2-3所示。其中Cx是被测电容。图2-3555构成单稳态电路及输出波形综合上述选择方案二2.2.2量程切换电路方案方案一采用单刀三掷开关进行切换，电路简单容易，缺点要手

5、动切换量程，比较麻烦。方案二采用模拟开关进行切换，通过单片机判断电容的大小发出选通信号，切换合适的量程，完全实现智能化量程。综合上述选择方案一基本能够满足设计要求。2.2.3控制电路方案方案一控制电路可用数字电路实现，简单容易实现，但存在精度不高、布线复杂、扩展能力并有等问题。方案二控制电路采用单片实现，精度高，可扩展性高，容易实现智能化，缺点是要编写程序，对没有编程经验的同学有一定难度。综合上述选择方案二。3．单元电路设计3.1单片机构成的控制电路3.1.1单片机芯片选择单片机选择我们熟悉的AT89C51。AT89C

6、51是一个低电压高性能的CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的制度程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通过8位中央处理器和Flash存储单元，可为客户提供许多高性价比的应用场合同时AT89C51还具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM定时/计数器串行口和外中端口，系统唤醒后即进入继续工作状态在省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止震荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。

7、由单片机构成的控制电路包括AT89C51、OSC晶振和LED显示。电路如下图3-1所示。（根据实际情况来写，以下只是参考）图3-1单片机控制电路3.1.2OSC晶振电路（根据实际情况来写，以下只是参考）OSC晶振起振后，将在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡通常，OSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz～1.6MHz电容C01和C02可以帮助起振，典型值为30pf，调节它们可以达到微调fOSC的目的。3.1.3数码显示电路（根据实际情况来写，以下只是参

8、考）显示电路可以采用LED显示电路也可以采用LCD液晶显示电路。如果采用LED显示，由于本装置最大测量范围有四位数，当一个显示装置中采用多位LED显示器时，通常采用动态扫描电路，以节省硬件开销同时在本设计中，还需解决显示不闪烁和亮度不足的问题，实验证明，扫描频率应不低于100Hz控制扫描频率可由软件完成要获得足够的显示亮度，就应合